【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転シミュレータ、主として地面や水面と接して進行する乗り物の運動をシミュレーションするための運転シミュレータに関する。 地面や水面と接して進行する乗り物としては、道路車両およびレール車両のような表面車両、船舶、または、滑走路上の飛行機が考慮される。 この運転シミュレータの特殊な実施形態は、場合によっては、空中や宇宙空間を進行する乗り物、例えば航空機や宇宙船の運動をシミュレーションするためにも使用され得る。

【０００２】

【従来の技術】運転シミュレータは以前から知られている。 例えば、特に航空分野におけるシミュレーションのためには「６脚運動システム」が使用され、これは、この使用分野における要求に応じている。 完全動的シミュレーションのために、この６脚運動システムはｘ方向とｙ方向に可動のキャリッジの周りにて拡張される。 しかしながら次のことが明らかになった。 即ち、これらの運動システムは、地面や水面と接して進行する乗り物の運動をシミュレーションするためには極めて複雑で重量が重く且つコストがかかってしまうということである。 更に、このシミュレーション方法では、地面や水面と接して進行する乗り物において生じる力とモーメントの生成は莫大なエネルギー投入を用いてのみ成される。

【０００３】運転動力学上の限界領域の操縦を体験し得るためには、運転シミュレータの運動システムによる加速の表現が根本的な要素である。 地面や水面と接して進行する乗り物においてシミュレーション領域における並進的な加速の複写は実際の状況に対して変化を要求し、
その理由は、並進運動が、比較的なものとしての「実際のルート網の無限大次元」から運動面の有限大次元へと投影されなくてはならないからである。 それに対して運動の回転自由度は、選択されている運動システムのコンセプトに応じて、並進自由度と異なり、多少なりとも制限された運動空間においても完全に実際の大きさで複写される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、主として地面や水面と接して進行する乗り物の運動の特徴を考慮し且つ特にリアルなシミュレーションを保証する運転シミュレータを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の出発点は、実質的に、乗り物または乗り物の模造品を収容し得る物体（自らが走行するキャリアユニット）を、要求に従って、実質的に水平なグラウンド面上で運動させるということにある。 本発明による運転シミュレータにおける運動面の構成のための合目的な出発点として、特に円形状または楕円形状に形成されている平坦な面が考慮され、
その理由は、自動車分野ではタイヤと車道との間の摩擦接続が車両の縦方向および横方向にてほぼ同じ大きさの加速で認められるからである（カムの摩擦円）。 本発明は、実質的に、ｘキャリッジ及びｙキャリッジを有する６脚に対して、追加的な遠心力が円形走行によって遥かに簡単に利用され得ることによって異なっている。

【０００６】本発明による運転シミュレータコンセプトの特徴は、キャリアユニット（キャリアプラットフォーム）の円形走行時に発生する遠心加速度が、次のことによって、長く持続する縦加速度を表現するためにも原則的に利用され得ることにある。 即ち、その都度にキャリアユニット上にあるテスト用乗り物（又は乗り物の模造品）の縦軸線がキャリアユニットの対応的な回転により円中心点に指向されることによってである。

【０００７】本発明に従い、前記課題は、請求項１に記載された特徴によって解決される。 上記の「６脚運動システム」と異なり、本発明のコンセプトは、前段にて既に示唆されているように、独立して案内される物体の運動システムに基づき、この際、地面や水面に接して進行する乗り物の本質的な運動は水平状態にて再生され、垂直次元は下位の役割を果たすだけである。

【０００８】本運転シミュレータは、パン（グラウンドパン）の形状の堅固なグラウンドを有するキャリアユニットを含み、このグラウンド上には、例えばその中央にて、テスト用乗り物がその自らの車輪を用いて又は乗り物の模造品が載置されている。 この際、乗り物の模造品は、所謂「モックアップ(Mock Up)」即ち機械的な乗り物の模倣品自体ないしは模造品自体として、または座席ボックスとして、または所謂「ケーブ(Cave)」即ち乗り物の３次元の仮想再現装置として形成され得る。 更に、
キャリアユニットは少なくとも１つの投影面を有し、この投影面上に少なくとも１つの投影器を介して運転シミュレーションのための画像が投影され得る。 キャリアユニットの運動を少なくとも水平状態にて可能にする運動モジュールがキャリアユニットの主要部である。 好ましくはキャリアユニットの外縁またはグラウンドパンの外縁に配設されている各運動モジュールはグラウンド面上にて回転して進行する車輪またはツイン車輪を有し、この車輪は第１駆動装置を用いてグラウンド面の垂直軸線に関して操縦される。 更に、車輪自体を両方の回転方向にて駆動するための第２駆動装置が配設されている。 独立して案内されるキャリアユニットは少なくとも３つの運動モジュールを必要とする。 安定性の理由から、少なくとも４つ又は５つの運動モジュールが好ましくは互いに等間隔で使用されると有利であり得る。 車輪の操縦軸線に関して及び車輪の駆動装置に関して車輪を独立的に案内することにより、純粋な前進運動、純粋な後進運動、純粋な横運動、純粋な回転運動、並びにこれらの運動の組み合わせが達成され得る。 夫々の車輪のための駆動装置は好ましくは車輪ハブに配設されている。 このことは特に小さく構成される駆動装置を可能とする。 各車輪を介して駆動モーメント及び制動モーメントが生成され得る。 要求される制動モーメントに応じて、車輪ブレーキの追加的な装置が必要とされ得る。

【０００９】特に円形状に形成されているキャリアユニットは同時に投影用構造体または投影用上部構造体のために理想的な構脚を形成する。 実施形態に従い、投影用上部構造体は、球形状または球部分形状で形成されていて、その内側にて少なくとも１つの投影面を有する。 この投影面は３６０°の眺望シミュレーションのためにも形成され得る。 そのためには対応する投影器が配設されなくてはならない。 クローズ式の試験用乗り物において投影は半球面の水平リング上に制限され得て、この水平リングは、好ましくは、運転者の目の位置から全ての視野がカバーされるように寸法決定されなくてはならない。 オープン式の乗り物において投影は「オプティマックス(Optimax)」式の映画館の意味で使用される。 これらの投影器は、好ましくは、投影用上部構造体に、特に投影用上部構造体の天頂の領域に配設され得る。 透過光投影も考えられ、そこでは投影器が半球形状の投影面の外側に配設され、外部から半透明の投影膜上に投影が成される。 投影方式に応じて様々な数量および配置の投影器が設けられ得る。

【００１０】騒音シミュレーションは例えば乗り物自体のオーディオ装置を介して行われ得る。 追加的に、キャリアユニット内、テスト用乗り物内、または乗り物の模造品内には、原動機騒音、進行騒音、風騒音などの局部的なシミュレーションをシミュレーション方式で流すために、他のオーディオ装置が配設され得る。

【００１１】従って、実際には存在しない物理学的な値が、視覚的な印象（投影面）、触覚的な印象（振動）、
音響的な印象（騒音シミュレーション）により模造され得る。

【００１２】上述したように、地面や水面に接して進行する乗り物における主動作は水平領域にて再生される。
また、道路上の乗り物の運動においては、地面の非平滑性や走行運動性の変更に起因する垂直運動もある。 運転シミュレータの最初の拡充段階において上昇自由度の表現が排除される場合には、他の実施形態により上昇運動の補充が行われる。 そのために、個々の運動モジュールに、グラウンド面に対するキャリアユニットのグラウンドパンの垂直運動を可能とする他の駆動装置を設けることが可能である。 これらの駆動装置は、液圧式のリニアシリンダとして、または、液圧式または電気式の上昇スピンドル駆動装置として考案され得る。 選択的に又は追加的に、対応的な上昇または下降装置がキャリアユニット自体のグラウンドパンにも、例えばグラウンドパンの支持プレート上にてテスト用乗り物のタイヤが置かれる位置にて設けられ得る。 夫々の上昇装置の構成上の形態では、走行シミュレータとして使用する際の上昇振幅が１ｍの大きさを超過しないことが考慮され得る。 飛行シミュレータまたは宇宙飛行シミュレータとして使用する際には上昇振幅が対応的に更に大きく形成され得る。 グラウンドパン上に置かれている乗り物がこの乗り物に固有のシャーシと共に、加わる加速力により、上昇運動、
横揺れ運動（ローリング運動）及び縦揺れ運動（ピッチング運動）をも発生させるために、乗り物の運動の横揺れ自由度および縦揺れ自由度が第１選択肢にて単にパッシブに実現される場合には、第２選択肢により上昇装置の追加的な補充を介して、アクティブな上昇励起、横揺れ励起、及び縦揺れ励起が可能となる。 この関連で重要なことは、非定常の上昇運動、横揺れ運動、及び縦揺れ運動では間違って指向された加速情報は運転者の内耳に供給されないので、横揺れ軸線と縦揺れ軸線が運転者の内耳の高さに配置されるということである。

【００１３】両方の実施形態において、加速力が加わった際にグラウンドパンに対してテスト用乗り物が意図せずに移動してしまうことを回避するために、テスト用乗り物の拘束が必要である。 この拘束は例えば保持湾曲部材または保持バンドにより行われ、これらは４つの車輪の輪縁をグラウンドパンの４つの起立プレート（即ち、
据付プレート）と連結させる。

【００１４】乗り物に固有のシャーシのスプリング運動が車輪懸架装置を強制的に押し付けることなく広範囲に渡って適応され得るために、前記の車輪起立プレートは、これらの車輪起立プレート側にて＋／−２０ｍｍの大きさである車輪起立面（車輪接地面）の縦移動および横移動を許容しなくてはならない。 従って、４つの車輪のためのこれらの起立プレートは、例えばスライドプレートまたは振子式プレートの形式で実施される必要があり、これらのプレートは、非線形の弾性体を介して、車輪起立面を、力の無い運動状態または運転シミュレータの停止が生じる際に常にホームポジションに戻す。

【００１５】特別な実施形態に従い、キャリアユニットはシミュレーション建造物の平坦なグラウンド面上にて発進し、このシミュレーション建造物は、好ましくは、
ルーフ、ドーム、または、空気膨張ホールにより被われる。 この際、この平坦なグラウンド面は、円形状または楕円形状で形成され得て、少なくとも、発進可能な延長部に関して、即ち、キャリアユニットの発進可能な方向に関して、キャリアユニット（例えば、ほぼ８ｍ）の寸法よりも明らかに大きく選択され得る。 更に、平坦な面の縁は、安全フェンスまたは安全クッションのような安全装置により補足され得て、これらはグラウンド面を超えるキャリアユニットの運動を防止する。

【００１６】本発明による運転シミュレータの構成上の形態において、様々な駆動装置、投影器などのためのエネルギーと情報をどのようにキャリアユニットに提供するかという問題点が解決されなくてはならない。 １つの形式において、このことは自給自足的に行われ得る。 即ち、キャリアユニットは自給自足的に形成され得て、この場合、エネルギージェネレータ（例えば内燃機関／ジェネレータ・ユニット）も計算機ユニットもキャリアユニット内に収容されていて、これらは対応的な運動を付属するシミュレータ効果と共に可能にする。 選択的に、
キャリアユニットに外部から情報を供給することが可能である。 このことは例えば無線接続を介して行われる。
この場合、エネルギー供給は更にキャリアユニット自体で行われる必要がある。 供給の他の実施形態は、キャリアユニットと、外部環境の要素、例えばシミュレータ建造物との間の接続ケーブルにより提供され、この場合、
接続ケーブルを介してエネルギー供給も情報供給も実施され得る。

【００１７】また、キャリアユニットのためのエネルギー供給は（電気機関車やシティバスにおけるような）集電装置によっても行われ得て、これらの集電装置は、運動面を被う送電網から滑り接触部を介して電気エネルギーを取り出し、場合によっては、アース極として形成されているグラウンド面を介して返送する。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。

【００１９】図１には運転シミュレータのキャリアユニット１０が示されていて、このキャリアユニット１０はグラウンドパン（底部受皿）１６を有し、このグラウンドパン１６上にはほぼ半球形状の投影面１８が張り渡されている。 投影面１８は、１つの側面にて、フード１２
により閉鎖可能な開口部１４を有し、この開口部１４を通じて車両２０がキャリアユニット１０内に入れられる。 図１に従い、車両２０は、キャリアユニット１０のグラウンド面１６上にて中央に位置付けられていて、詳細には既に上記したように固定されている。 この際、図１では、保持バンドだけが見て取れる。 車輪起立プレートは詳細には図示されていない。

【００２０】キャリアユニット１０の外縁には互いに同じ角度間隔で４つの運動モジュール３０が配設されている。 各運動モジュール３０は車輪３３を含み、この車輪３３は、グラウンド面６２（図２参照）上で回転して進行し、グラウンド面６２に対する垂直軸線に関して操縦可能である。 ここで車輪は夫々の第１駆動装置３２を用いて前記の垂直軸線を中心に＋／−９０°の領域で回転される。

【００２１】車輪３３の各ハブの領域には、第２電動駆動装置３６並びに車輪制動装置（詳細には図示せず）が夫々配設されていて、それらを用いて各車輪３３が、その回転運動に関して、付勢、即ち加速、制動、または一定に駆動される。 本実施形態では更に各運動モジュール３０にて他の駆動装置３４が配設されていて、この駆動装置３４を用いて車輪が垂直方向にて繰り出され又は引き込まれ、その結果、キャリアユニット１０のグラウンドパン１６は夫々の運動モジュール３０の領域にて上昇可能または下降可能である。 運動モジュールの異なる駆動装置の駆動により、キャリアユニット１０は、前方または後方に真直ぐに運動され、左方向に又は右方向に運動され、回転（偏揺れ角は左／右）され、並びに、これらの運動のそれぞれの組み合わせが導かれる。 当然のことであるが配位のためには計算および制御ユニットが必要であり、この計算および制御ユニットは、所望のシミュレーションのために、対応的に調整されるアクチュエータ稼動を変えて、前記の駆動装置を対応的に駆動する。 キャリアユニット１０とシミュレーション計算機との間の通信は接続ケーブルを介して確立され、この接続ケーブルはグラウンドを被う投影用上部構造体１８の天頂から外部のユニットに案内されている。 この接続ケーブル２４を介して個々の駆動装置のためのエネルギー供給も行われる。 投影用上部構造体１８内には、図１にて示唆されているように、５つの投影器２６が、実質的に３６０°の周囲の眺望が画像的に示され得るように配設されている。 この周囲の眺望は、領域Ａにおいて投影用上部構造体１８の半球形面のほぼ水平に形成されているリング上にて展開される。 そのための技術は周知であるので、ここでは詳細な説明を省くものとする。

【００２２】ここでは図示されていないものとして、原動機騒音、進行騒音、風騒音のような様々な騒音をキャリアユニット１０の内部空間内に流すキャリアユニットのオーディオ装置が挙げられる。 同様に図示されていないものとして、例えば、原動機／変速機ユニットの振動、排気ガス装置の振動、シャーシの振動が模倣され得るために、原動機／変速機ユニット、排気ガス系統、及びシャーシ構造部分に配置され得る振動励起装置が挙げられる。

【００２３】図２から、独立して案内される車両のコンセプトが見て取れる。 キャリアユニット１０はシミュレータ建造物の平坦なグラウンド面６２上にて運動される。 平坦なグラウンド面６２はドーム６０により被われていて、このドーム６０の天頂から接続ケーブル２４がキャリアユニット１０へと案内されている。 ここでは平坦なグラウンド面６２はほぼ４０ｍの直径を有する円形として選択されている。 半径方向において平坦なグラウンド面６２は安全ベローズ６４で境界付けられていて、
この安全ベローズ６４は、キャリアユニット１０がグラウンド面６２を離れてしまうことを防止する。

【００２４】運転者と運転シミュレータとの間の相互作用を確立するために、車両も情報技術的にキャリアユニット１０と接続される必要がある。 シミュレーションの経過が図３から見て取れる。 テスト車両内の運転者は、
アクセルペダル（混合気）、ブレーキ、クラッチ、ギアシフト装置（ギヤ）、ハンドル（操舵）のような様々な操作装置を操作する。 これらの情報は、車両／キャリアユニットの接続部および接続ケーブル２４を介して非図示の計算機に転送される。 この計算機は、運転者の行動に基づいて、駆動ユニット、音響ユニット、視覚ユニットのための命令を生成する。 １つには、グラフィック領域にて投影のための信号が算定されて接続ケーブル２４
を介して投影器に転送されるので、合致する外部眺望のシミュレーションが保証されている。 所謂「ワッシュアウト・フィルタ(Washout-Filter)」を介して、本当の車両の実際の運動がシミュレータの制限された運動面上に換算され、更に、計算機にて算定された駆動装置のための値がキャリアユニットに伝達され、その結果、キャリアユニットとその中に収容されている車両との運動シミュレーションが行われ得る。 更に、上述のオーディオ装置が計算機により操作されるので、付属する騒音シミュレーション（例えば、加速騒音、制動騒音、風騒音など）が行われ得る。 運転者のために実際の走行をシミュレーションするためには、車両内の計器も、伝達される運転フィーリングと合致されなくてはならない。 そのために、車両の計器は様々な接続部を介して適切な方式で付勢される。 最後に、車両部分自体における振動装置の上記したような好ましい配置の操作も行われるので、対応する自然な振動効果が同様に生成可能である。 この配置により、運転者にとって車両を操縦する際に決定的である全ての本質的な印象が再現されるので、運転者には様々な応答が供給される。 従って、調整に応じて、多少なりとも実際的な運転シミュレーションが保証され得る。 しかしながら核心は、特別な構成により本物に近い加速応答をもたらすキャリアユニットである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるキャリアユニットの実施形態を示す斜視図である。

【図２】シミュレーション建造物内に収容されている図１によるキャリアユニットを示す斜視図である。

【図３】シミュレーション経過を詳細に説明するブロック図である。

【符号の説明】

１０ キャリアユニット １２ フード １４ 開口部 １６ グラウンドパン（グラウンド面） １８ 投影用上部構造体（投影面） ２０ 車両 ２１ 車輪起立プレートに設けられているサポート ２２ 保持バンド ２４ 接続ケーブル ２６ 投影器 ３０ 運動モジュール ３２ 第１駆動装置 ３３ 車輪 ３４ 駆動装置 ３６ 第２駆動装置 ６０ ドーム ６２ グラウンド面 ６４ 安全ベローズ Ａ 投影面 Ｂ シミュレータ構造物の平坦なグラウンド面の直径